堆外内存

Java中的对象都是在JVM堆中分配的，其好处在于开发者不用关心对象的回收。但有利必有弊，堆内内存主要有两个缺点：

2.使用堆内内存进行文件、网络的IO时，JVM会使用堆外内存做一次额外的中转，也就是会多一次内存拷贝。

和堆内内存相对应，堆外内存就是把内存对象分配在Java虚拟机堆以外的内存，这些内存直接受操作系统管理（而不是虚拟机），这样做的结果就是能够在一定程度上减少垃圾回收对应用程序造成的影响。

堆外内存的实现

一是通过ByteBuffer.java#allocateDirect得到以一个DirectByteBuffer对象

二是直接调用Unsafe.java#allocateMemory分配内存，但Unsafe只能在JDK的代码中调用，一般不会直接使用该方法分配内存。

其中DirectByteBuffer也是用Unsafe去实现内存分配的，对堆内存的分配、读写、回收都做了封装。本篇文章的内容也是分析DirectByteBuffer的实现

DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private
    //主要是调用ByteBuffer的构造方法，为字段赋值
    super(-1, 0, cap, cap);
    //如果是按页对齐，则还要加一个Page的大小；我们分析只pa为false的情况就好了
    boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
    int ps = Bits.pageSize();
    long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
    //预分配内存
    Bits.reserveMemory(size, cap);

    long base = 0;
    try {
        //分配内存
        base = unsafe.allocateMemory(size);
    } catch (OutOfMemoryError x) {
        Bits.unreserveMemory(size, cap);
        throw x;
    }
    //将分配的内存的所有值赋值为0
    unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
    //为address赋值，address就是分配内存的起始地址，之后的数据读写都是以它作为基准
    if (pa && (base % ps != 0)) {
        // Round up to page boundary
        address = base + ps - (base & (ps - 1));
    } else {
        //pa为false的情况，address==base
        address = base;
    }
    //创建一个Cleaner，将this和一个Deallocator对象传进去
    cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
    att = null;

}

Java的堆外内存回收设计是这样的：当GC发现DirectByteBuffer对象变成垃圾时，会调用Cleaner#clean回收对应的堆外内存，一定程度上防止了内存泄露。当然，也可以手动的调用该方法，对堆外内存进行提前回收。

堆外内存回收

public class Cleaner extends PhantomReference<Object> {
   ...
    private Cleaner(Object referent, Runnable thunk) {
        // referent是DirectByteBuffer对象
        super(referent, dummyQueue);
        this.thunk = thunk;
    }
    public void clean() {
        if (remove(this)) {
            try {
                //thunk是一个Deallocator对象
                this.thunk.run();
            } catch (final Throwable var2) {
              ...
            }

        }
    }
}

private static class Deallocator
    implements Runnable
    {

        private static Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

        private long address;
        private long size;
        private int capacity;

        private Deallocator(long address, long size, int capacity) {
            assert (address != 0);
            this.address = address;
            this.size = size;
            this.capacity = capacity;
        }

        public void run() {
            if (address == 0) {
                // Paranoia
                return;
            }
            //调用unsafe方法回收堆外内存
            unsafe.freeMemory(address);
            address = 0;
            Bits.unreserveMemory(size, capacity);
        }

    }

就是当字段referent(也就是DirectByteBuffer对象)被回收时，会调用到Cleaner#clean方法，最终会调用到Deallocator#run进行堆外内存的回收。

传统的BIO，在native层真正写文件前，会在堆外内存（c分配的内存）中对字节数组拷贝一份，之后真正IO时，使用的是堆外的数组

NIO的文件写最终会调用到IOUtil#write，如果源地址是在堆外，则直接拷贝，否则先把源数据拷贝到堆外，然后在拷贝到目的地址

堆外内存

堆外内存的实现

堆外内存回收

参考